doi.org/10.1038/s41586-024-07557-z
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#Cérebro
Os neurocientistas do MIT descobriram que o cérebro usa as mesmas representações cognitivas, seja navegando pelo espaço física ou mentalmente.
À medida que você percorre seu trajeto habitual para o trabalho ou para o supermercado, seu cérebro utiliza mapas cognitivos armazenados no hipocampo e no córtex entorrinal.
Esses mapas armazenam informações sobre caminhos que você percorreu e locais onde já esteve, para que você possa navegar sempre que for até lá.
Uma nova pesquisa do MIT descobriu que esses mapas mentais também são criados e ativados quando você simplesmente pensa em sequências de experiências, na ausência de qualquer movimento físico ou estímulo sensorial.
Num estudo com animais, os investigadores descobriram que o córtex entorrinal abriga um mapa cognitivo do que os animais experienciam enquanto usam um joystick para navegar através de uma sequência de imagens.
Esses mapas cognitivos são então ativados ao pensar nessas sequências, mesmo quando as imagens não são visíveis.
Este é o primeiro estudo a mostrar a base celular da simulação mental e da imaginação num domínio não espacial através da ativação de um mapa cognitivo no córtex entorrinal.
“Esses mapas cognitivos estão sendo recrutados para realizar navegação mental, sem qualquer entrada sensorial ou saída motora.
Conseguimos ver uma assinatura deste mapa apresentando-se à medida que o animal passa por essas experiências mentalmente”, diz Mehrdad Jazayeri, professor associado de ciências cerebrais e cognitivas, membro do Instituto McGovern de Pesquisa do Cérebro do MIT e autor sênior do estudo.
A cientista pesquisadora do Instituto McGovern, Sujaya Neupane, é a autora principal do artigo, que aparece hoje na Nature.
Ila Fiete, professora de ciências cerebrais e cognitivas do MIT, membro do Instituto McGovern de Pesquisa do Cérebro do MIT e diretora do Centro de Neurociência Computacional Integrativa K.Lisa Yang, também é autora do artigo.
Mapas mentais
Muitos trabalhos em modelos animais e humanos mostraram que as representações de locais físicos são armazenadas no hipocampo, uma pequena estrutura em forma de cavalo-marinho, e no córtex entorrinal próximo.
Estas representações são ativadas sempre que um animal se move através de um espaço em que já esteve antes, pouco antes de atravessar o espaço ou quando está dormindo.
“A maioria dos estudos anteriores centraram-se na forma como estas áreas reflectem as estruturas e os detalhes do ambiente à medida que um animal se move fisicamente através do espaço”, diz Jazayeri.
“Quando um animal se move numa sala, as suas experiências sensoriais são bem codificadas pela atividade dos neurónios no hipocampo e no córtex entorrinal.” No novo estudo, Jazayeri e seus colegas queriam explorar se esses mapas cognitivos também são construídos e usados durante experiências puramente mentais ou imaginação de movimento através de domínios não espaciais.
Para explorar essa possibilidade, os pesquisadores treinaram animais para usar um joystick para traçar um caminho através de uma sequência de imagens (“pontos de referência”) espaçadas em intervalos temporais regulares.
Durante o treinamento, os animais viram apenas um subconjunto de pares de imagens, mas não todos os pares.
Depois que os animais aprenderam a navegar pelos pares de treinamento, os pesquisadores testaram se os animais conseguiriam lidar com os novos pares que nunca tinham visto antes.
Uma possibilidade é que os animais não aprendam um mapa cognitivo da sequência e, em vez disso, resolvam a tarefa usando uma estratégia de memorização.
Nesse caso, espera-se que eles tenham dificuldades com os novos pares.
Em vez disso, se os animais confiassem num mapa cognitivo, deveriam ser capazes de generalizar o seu conhecimento para os novos pares.
“Os resultados foram inequívocos”, diz Jazayeri.
“Os animais conseguiram navegar mentalmente entre os novos pares de imagens desde a primeira vez que foram testados.
Esta descoberta forneceu fortes evidências comportamentais da presença de um mapa cognitivo.
Mas como é que o cérebro estabelece tal mapa”? Para responder a esta questão, os investigadores registaram a partir de neurónios únicos no córtex entorrinal enquanto os animais realizavam esta tarefa.
As respostas neurais tinham uma característica marcante: à medida que os animais usavam o joystick para navegar entre dois pontos de referência, os neurônios apresentavam picos distintos de atividade associados à representação mental dos pontos de referência intermediários.
“O cérebro passa por esses picos de atividade no momento esperado em que as imagens intermediárias teriam passado pelos olhos do animal, o que nunca aconteceu”, diz Jazayeri.
“E o tempo entre esses solavancos, criticamente, era exatamente o tempo que o animal esperava atingir cada um deles, que neste caso foi de 0,65 segundos.” Os investigadores também mostraram que a velocidade da simulação mental estava relacionada com o desempenho dos animais na tarefa: quando estavam um pouco atrasados ou adiantados na conclusão da tarefa, a sua atividade cerebral mostrava uma mudança correspondente no tempo.
Os investigadores também encontraram evidências de que as representações mentais no córtex entorrinal não codificam características visuais específicas das imagens, mas sim a disposição ordinal dos pontos de referência.
Um modelo de aprendizagem
Para explorar ainda mais como estes mapas cognitivos podem funcionar, os investigadores construíram um modelo computacional para imitar a atividade cerebral que encontraram e demonstrar como esta poderia ser gerada.
Eles usaram um tipo de modelo conhecido como modelo de atrator contínuo, que foi originalmente desenvolvido para modelar como o córtex entorrinal rastreia a posição de um animal enquanto ele se move, com base em informações sensoriais.
Os pesquisadores personalizaram o modelo adicionando um componente que foi capaz de aprender os padrões de atividade gerados pela entrada sensorial.
Este modelo foi então capaz de aprender a usar esses padrões para reconstruir essas experiências mais tarde, quando não houve entrada sensorial.
“O elemento-chave que precisávamos acrescentar é que este sistema tem a capacidade de aprender bidirecionalmente, comunicando-se com entradas sensoriais.
Através da aprendizagem associativa pela qual o modelo passa, ele irá realmente recriar essas experiências sensoriais”, diz Jazayeri.
Os pesquisadores agora planejam investigar o que acontece no cérebro se os pontos de referência não estiverem espaçados uniformemente ou se estiverem dispostos em anel.
Eles também esperam registrar a atividade cerebral no hipocampo e no córtex entorrinal à medida que os animais aprendem realizando a tarefa de navegação.
“Ver a memória da estrutura cristalizar-se na mente e como isso leva à atividade neural que emerge é uma forma realmente valiosa de perguntar como a aprendizagem acontece”, diz Jazayeri.
A pesquisa foi financiada pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá, pelos Fundos de Pesquisa de Quebec, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pelo Prêmio Paul e Lilah Newton de Ciência do Cérebro.
Publicado em 26/06/2024 20h25
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